(57)【要約】【課題】回転子の回転により発生するステータフレームの振動を抑制する。【解決手段】回転子１と、鉄板が回転軸方向に積層された中空円筒状で回転子１の回転により半径方向に振動する積層鉄心９と、積層鉄心９を半径方向外側から覆うステータフレーム７と、ステータフレーム７の内側で積層鉄心９の側面に配置されて半径方向に揺動可能な錘２３と錘２３および積層鉄心９を連結し半径方向に弾性変形可能な弾性部材２５とを具備する制振部２１と、ステータフレーム７および積層鉄心９を連結するステータフレーム連結手段と、ステータフレームを支持する脚板１９を有する。制振部２１が取り付けられた積層鉄心９は、周方向に沿って振動の腹および節が交互にできる円環振動モードで半径方向に振動する。ステータフレーム連結手段は、円環振動モードの節部近傍で連結する。【選択図】図２
2010124591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を備えた回転子と、
略円板状の複数の鉄板が前記回転軸方向に積層されて前記回転子の外周を取り囲むように配置された略中空円筒状の積層鉄心と、
前記積層鉄心を前記半径方向外側から略円筒状の外周板で覆うように構成されたステータフレームと、
前記積層鉄心の側面に配置されて前記半径方向に揺動可能に構成された錘と、この錘および前記積層鉄心の間にこれらを連結するように配置されて前記半径方向に弾性変形可能な弾性部材と、を具備する制振部と、
前記ステータフレームおよび積層鉄心を連結するステータフレーム連結手段と、
を有し、
前記ステータフレーム連結手段は、前記制振部が前記積層鉄心の側面に配置されることにより周方向に沿って振動の腹および節が交互に発生する円環振動モードの節部近傍に設けられること、
を特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記積層鉄心は、前記制振部が取り付けられていないときには、前記回転子が励起する回転磁力により、周方向に沿って前記回転子の極数の２倍の数だけほぼ等間隔に振動の腹および節が交互にできるように半径方向に振幅が分布する第１固有円環振動モードと、この第１固有振動モードに対応する固有振動数とほぼ同じ固有振動数を有し前記第１固有振動モードの腹に相当する位置が節になり前記第１固有円環振動モードの節に相当する位置が腹になるように半径方向に振幅が分布する第２固有円環振動モードと、を有し、
前記制振部は、前記第１固有円環振動モードの腹部近傍に取り付けられて、前記第１固有円環振動モードに対して腹の振動が逆方向に分布する第３固有円環振動モードを発生させて、第１固有円環振動モードの応答を第３固有円環振動モードの応答で打ち消すように構成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記制振部が取り付けられたときの前記第１固有円環振動モードの固有振動数は、前記回転子の磁気吸引力による加振周波数よりも低くなるように、前記第３固有円環振動モードの固有振動数は、前記回転子の磁気吸引力による加振周波数よりも高くなるように、前記錘の質量および前記弾性部材の弾性係数が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記ステータフレーム連結手段は、
前記回転軸方向に延びて前記積層鉄心の側面に、周方向に互いに間隔をあけて配列されて取り付けられた複数のリブ棒と、
前記積層鉄心を取り囲むように前記リブ棒の外側にリング状に取り付けられて、前記回転軸方向に互いに間隔をあけて複数配置された鉄心支え板と、
円周方向において前記円環振動モードの節部の外側に配置され、前記回転軸方向に延びて前記鉄心支え板に固定されたばね棒と、
前記鉄心支え板とは回転軸方向に離れた位置に複数配置されて、前記ステータフレームの内側と前記ばね棒とを連結する隔板と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記複数のリブ棒を外側から取り囲んで固定するように配置されたリング状の複数のリブ板が、前記回転軸方向に互いに間隔をあけて配列されて、
前記弾性部材は、隣接する前記リブ板に両端が支持されて前記回転軸方向に延びた両端支持梁であって、この両端支持梁のほぼ中央に前記錘を配置することを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記複数のリブ棒を外側から取り囲んで固定するように配置されたリング状の複数のリブ板が、前記回転軸方向に互いに間隔をあけて配列されて、
前記弾性部材は、前記リブ板に固定されて前記回転軸方向に延びる片持ち梁であって、この片持ち梁の先端部に前記錘を配置することを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記複数のリブ棒を外側から取り囲んで固定するように配置されたリング状の複数のリブ板が、前記回転軸方向に互いに間隔をあけて配列されて、
前記リブ板の少なくとも１つに固定されて前記回転軸方向に延び、前記積層鉄心の外周の側面に周方向に間隔をあけて配置された２つの座板が設けられ、
前記弾性部材は、前記２つの座板における前記半径方向外側の側面で両端が支持されて前記周方向に沿って延びた両端支持梁であって、この両端支持梁のほぼ中央に前記錘を配置することを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項８】
回転軸を備えた回転子と、
略円板状の複数の鉄板が前記回転軸方向に積層されて前記回転子の外周を取り囲むように配置され、前記回転子が回転したときに発生する回転磁力により半径方向に振動する略中空円筒状の積層鉄心と、
前記積層鉄心を前記半径方向外側から略円筒状の外周板で覆うように構成されたステータフレームと、
前記ステータフレームおよび積層鉄心を連結するステータフレーム連結手段と、
前記ステータフレームおよび前記ステータフレーム連結手段の少なくともいずれかに配置され前記半径方向に弾性変形可能な弾性部材と、当該弾性部材に接続され前記半径方向に揺動可能に構成された錘と、を具備する制振部と、
を有し、
前記ステータフレーム連結手段は、前記制振部が前記ステータフレームに配置されたことにより周方向に沿って振動の腹および節が交互に発生する円環振動モードの節部近傍に設けられていること、
を特徴とする回転電機。
【請求項９】
前記ステータフレームは、前記制振部が取り付けられていないときには、前記回転子が励起する回転磁力により、周方向に沿って前記回転子の極数の２倍の数だけ等間隔に振動の腹および節が交互にできるように半径方向に振幅が分布する第１固有円環振動モードと、この第１固有振動モードに対応する固有振動数とほぼ同じ固有振動数を有し前記第１固有振動モードの腹に相当する位置が節になり前記第１固有円環振動モードの節に相当する位置が腹になるように半径方向に振幅が分布する第２固有円環振動モードと、を有し、
前記制振部は、前記第１固有円環振動モードの腹部外側近傍に取り付けられて、前記第１固有円環振動モードに対して腹の振動が逆方向に分布する第３固有円環振動モードを発生させて、第１固有円環振動モードの応答を第３固有円環振動モードの応答で打ち消すように構成されていること、
を特徴とする請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記制振部が取り付けられたときの前記第１固有円環振動モードの固有振動数は、前記回転子の磁気吸引力による加振周波数よりも低くなるように、前記第３固有円環振動モードの固有振動数は、前記回転子の磁気吸引力による加振周波数よりも高くなるように、前記錘の質量および前記弾性部材の弾性係数が設定されていることを特徴とする請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ステータフレーム連結手段は、
前記回転軸方向に延びて前記積層鉄心の側面に、周方向に互いに間隔をあけて配列されて取り付けられた複数のリブ棒と、
前記積層鉄心を取り囲むように前記リブ棒の外側にリング状に取り付けられて、前記回転軸方向に互いに間隔をあけて複数配置された鉄心支え板と、
前記回転軸方向に延びて前記鉄心支え板に固定されたばね棒と、
前記ばね棒の両端に配置されて、前記ステータフレームと前記ばね棒とを連結する隔板と、
を有することを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記弾性部材は、前記隔板から回転軸方向に延びた片持ち梁であって、この片持ち梁の先端部に前記錘を配置することを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記外周板の外側に前記回転軸方向に間隔をあけて配置された２つの座板を備え、
前記弾性部材は、前記２つの座板に両端が支持されて前記回転軸方向に延びた両端支持梁であって、この両端支持梁のほぼ中央に前記錘を配置することを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記外周板の外側に周方向に間隔をあけて配置された２つの座板を備え、
前記弾性部材は、前記２つの座板に両端が支持されて前記円周方向に延びた両端支持梁であって、この両端支持梁のほぼ中央に前記錘を配置したことを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記制振部は、前記回転軸方向に互いに間隔をあけて複数配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１６】
隣接する２つの前記制振部は、それぞれの前記錘の揺動方向が互いに所定の角度をもって配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の回転電機。
【請求項１７】
前記所定の角度は、前記円環振動モードに発生する節部の数で１８０度を除した値であることを特徴とする請求項１６に記載の回転電機。
【請求項１８】
前記制振部は、前記周方向に沿って互いに間隔をあけて複数配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１９】
隣接する２つの前記制振部は、それぞれの前記錘の揺動方向が互いになす角度が、前記円環振動モードに発生する節部の数で１８０度を除した値であることを特徴とする請求項１８に記載の回転電機。
【請求項２０】
前記円環振動モードの節部の数は、前記回転子の磁気吸引力により形成される円環振動モードの節部の数と同じであることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子が回転したときに発生する磁気吸引力により振動する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機などの回転電機は通常、回転軸を有する回転子と、固定子を有する。固定子は、回転子を取り囲むように形成された円筒状の固定子鉄心と、この固定子鉄心を円筒状の外周板で半径方向から覆うステータフレームを有する。
【０００３】
回転子の回転により発生する磁気吸引力によって、固定子には磁気振動が発生する。この磁気振動が、回転電機が設置される基礎に伝播しないようにする必要がある。一般的な回転電機の固定子は、固定子鉄心とステータフレームとの間に弾性体などを介して、固定子鉄心を支持することによって、固定子の外側に磁気振動が伝播することを抑制している。
【０００４】
例えば２極のタービン発電機では、回転子に作用する磁気吸引力は、周方向に沿って振動の節部を有する円環振動モードで振動する。２極タービン発電機では、節部を４つ有している。この円環振動モードは、回転子の回転周波数で周方向に沿って移動する。
【０００５】
一方、固定子は、磁気吸引力と同様に、４節の円環固有振動モードで振動する。固定子の振動モードが、回転子の磁気吸引力の振動モードとほぼ同じであることから、強い励振を受ける。すなわち、磁気吸引力（加振力）の振動モードが大きくなるにしたがって、固定子の固有振動モードも大きくなる。
【０００６】
加振力モードの周方向分布は、節部が４つであることから、式（１）で表される。ここで、θは円周方向の角度、Ｆ０は回転子の磁気吸引力の大きさである。
Ｆ（θ）＝Ｆ０ｃｏｓ（４θ）  …（１）
【０００７】
一方、固定子鉄心の円環固有振動モードの周方向の分布は、節部の数をｎとすると、式（２）が成り立つ。ここでｘは円周方向の変位、ｘ０はその振幅である。
ｘ（θ）＝ｘ０・ｃｏｓ（ｎ・θ）  …（２）
【０００８】
よって、モード加振力Ｆｎは、式（３）で表すことができる。
【数１】
2010124591.tif 000003
【０００９】
すなわち、ｎ＝４以外では直交性が成り立つためモード加振力が０となってしまうのでｎ＝４以外のモード応答は無視することができる。
【００１０】
この４節固有円環振動モードは、２つのモードを有している。一方のモードは、固定子鉄心の回転軸方向断面の例えば鉛直中心軸上に振動の腹（振幅が大きい部分）が形成されるのに対して、もう一方のモードは、上記の鉛直中心軸から４５度の傾きをもった軸上に振動の腹が形成される。
【００１１】
双方の振動モードの分布は、振動の節（振幅が０になる位置）と振動の腹が、互いに入れ替わる。すなわち、一方のモードの腹となる位置が、他方のモードの節となる。また、互いのモードの固有振動数は、ほぼ等しい。
【００１２】
２極のタービン発電機では、上記の４節固有円環振動モードが、ほぼ同じ４節円環振動モードを有する回転子の加振力によって励振されているが、それぞれの固有振動モードにおいて節の位置は一定である。したがって、個々のモード応答では節の位置は変化せず、それ以外の部分がモードの形状に比例して時間的に調和振動を行う。このような振動の形態を定在波と呼ばれている。
【００１３】
しかしながら、固定子は、上記の回転子の磁気吸引力のように、２つの固有円環振動モードを有し、これらの振動モードの節と腹の位置は互いに入れ違って発生する。これら２つの振動モードの応答を重ね合わせて求めた実際の固定子に生じる振動モードは、加振力と同様に、４節円環振動モードと同じ形状になる。
【００１４】
これが回転子の角速度で回転すると、固定子の振幅の大きさは全周で一定の値を示す。すなわち、個々の固有振動モードの応答には振動の節部が存在するが、２つのモードの応答を重ね合わせて得られる実際の応答には節部が発生しない。
【００１５】
この場合、固定子の周方向全周において等しく振幅を有するため、固定子で発生している磁気振動を、回転電機が設置している基礎へ伝播することを抑制することが困難になる。
【００１６】
回転子の磁気吸引力による回転電機固定子の振動を抑制する方法に、例えば特許文献１に開示されているように、固定子鉄心の断面形状を多角形化することによって、固定子の構造上の対称性を崩して振動の低減を図るものが知られている。
【特許文献１】特開２００３−０８８００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところが、回転電機の固定子鉄心は抜き板を軸方向に積層して製作されるが、タービン発電機のような大型の回転電機では、固定子鉄心の形状が大きいため、円環状の抜き板を１枚で成形することは難しい。このため、抜き板を円周方向に小さい角度で分割した扇形に成形し、扇形の内角の半角ずつずらして軸方向に積層して固定子鉄心を製作している。
【００１８】
この場合、多角形を形成するには複数種の抜き板形状を必要とし、製造工程が複雑になる。また、固定子鉄心の外形も円形断面に比べ大きくなるので、発電機本体の大型化、重量増加をまねく。したがって、固定子鉄心の多角形化による振動対策を大型機に適用することは困難になる場合がある。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転子の回転により発生するステータフレームの電磁振動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するための本発明に係る回転電機は、回転軸を備えた回転子と、略円板状の複数の鉄板が前記回転軸方向に積層されて前記回転子の外周を取り囲むように配置された略中空円筒状の積層鉄心と、前記積層鉄心を前記半径方向外側から略円筒状の外周板で覆うように構成されたステータフレームと、前記積層鉄心の側面に配置されて前記半径方向に揺動可能に構成された錘と、この錘および前記積層鉄心の間にこれらを連結するように配置されて前記半径方向に弾性変形可能な弾性部材と、を具備する制振部と、前記ステータフレームおよび積層鉄心を連結するステータフレーム連結手段と、を有し、前記ステータフレーム連結手段は、前記制振部が前記積層鉄心の側面に配置されることにより周方向に沿って振動の腹および節が交互に発生する円環振動モードの節部近傍に設けられること、を特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る回転電機は、回転軸を備えた回転子と、略円板状の複数の鉄板が前記回転軸方向に積層されて前記回転子の外周を取り囲むように配置され、前記回転子が回転したときに発生する回転磁力により半径方向に振動する略中空円筒状の積層鉄心と、前記積層鉄心を前記半径方向外側から略円筒状の外周板で覆うように構成されたステータフレームと、前記ステータフレームおよび積層鉄心を連結するステータフレーム連結手段と、前記ステータフレームおよび前記ステータフレーム連結手段の少なくともいずれかに配置され前記半径方向に弾性変形可能な弾性部材と、当該弾性部材に接続され前記半径方向に揺動可能に構成された錘と、を具備する制振部と、を有し、前記ステータフレーム連結手段は、前記制振部が前記ステータフレームに配置されたことにより周方向に沿って振動の腹および節が交互に発生する円環振動モードの節部近傍に設けられていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、回転子の回転により発生するステータフレームの電磁振動を抑制することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
［第１の実施形態］
本発明の回転電機に係る第１の実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。図１は、本実施形態の回転電機であって、２極タービン発電機に適用した例の構成を示す概略縦断面図である。図２は、図１のII-II矢視概略横断面図である。
【００２５】
本実施形態の回転電機は、水平な回転軸を備えた回転子１、および固定子を有する。固定子は、回転子１の外周を取り囲むように構成された固定子鉄心５と、この固定子鉄心５を覆うステータフレーム７を有する。
【００２６】
固定子鉄心５は、積層鉄心９と、この積層鉄心９の側面に取り付けられたリブ棒１１と、このリブ棒１１を外側から固定する鉄心支え板１３ａ，１３ｂを有する。
【００２７】
積層鉄心９は、中央に開口が形成された略円板状の複数の鉄板が、回転子１の回転軸方向に積層された略円筒状である。この積層鉄心９の内部に形成された中空部９ａには、回転子１が挿入されている。さらに、この積層鉄心９には、コイル１０が巻かれている。
【００２８】
リブ棒１１は、回転軸方向に延びた複数の棒材で、積層鉄心９の側面に周方向に互いに間隔をあけて配列されて、積層鉄心９を半径方向に外側から内側に向かって固定している。リブ棒１１は周方向に等間隔に配置されることが多いが、必ずしも等間隔である必要はない。鉄心支え板１３ａ，１３ｂは、端面が回転軸に垂直な方向の平面となっているリング状の板で、積層鉄心９を取り囲むように配置されて、リブ棒１１を外側から固定するように取り付けられている。この鉄心支え板１３ａ，１３ｂは、回転軸方向に互いに間隔をあけて複数配置されている。さらに、固定子鉄心５の半径方向外側の側面には、回転軸に垂直な方向に広がる端面と周方向に沿って形成された側面を有するリング状のリブ板１２が、リブ棒１１を外側から取り囲んで複数固定されている。これらのリブ板１２は、回転軸方向に互いに間隔をあけて配列されている。
【００２９】
さらに、固定子鉄心５における回転軸方向に垂直な両端面に、回転軸方向の両端から中央部に向かってリブ棒１１に張力を与えることによって固定子鉄心５を押さえ込む鉄心押え板１４が取り付けられている。この鉄心押え板１４は、回転軸方向に垂直な端面と周方向に沿って形成された側面を有している。
【００３０】
ステータフレーム７は、固定子鉄心５を半径方向の外側から覆う略円筒状の外周板１５と、この外周板１５の内面に溶接された複数の隔板を有している。本実施の形態では、隔板は３枚であって、第１隔板１７ａ、第２隔板１７ｂ、および第３隔板１７ｃである。外周板１５の外側には、ステータフレーム７を、回転電機が設置される基礎に支持する脚板１９が少なくとも２箇所に配置されている。本実施形態において２つの脚板１９は、ステータフレーム７の外周側面において、回転軸に水平垂直の位置、すなわち回転軸の真横よりもやや下側の位置を支持するように配置されている。
【００３１】
第１〜第３隔板１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、回転軸に垂直な方向に広がる端面を有するリング状の板で、その半径方向外側の側面が、外周板１５の内側面と溶接により固定されている。第１〜第３隔板１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、鉄心支え板１３ａ，１３ｂとは回転軸方向に交互（互い違い）に配置されている。図１の例では、第１および第２隔板１７ａ、１７ｂは、固定子鉄心５の回転軸方向の外周両端にそれぞれ配置され、第１隔板１７ａは、図１の左側端部に配置されて、第２隔板１７ｂは右側端部に配置されている。第３隔板１７ｃは、第１および第２隔板１７ａ、１７ｂのほぼ中央に配置されている。鉄心支え板１３ａは第１隔板１７ａと第３隔板１７ｃの中間に、鉄心支え板１３ｂは第２隔板１７ｂと第３隔板１７ｃの中間に配置されている。なお隔板１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、あるいは鉄心支え板１３ａ，１３ｂの設置数は、回転軸方向に沿って互いに間隔をあけてさらに多数配置してもよい。
【００３２】
第１〜第３隔板１７ａ、１７ｂ、１７ｃには、回転軸方向に延びる複数本のばね棒１８が固定されている。第１隔板１７ａおよび第２隔板１７ｂによってばね棒１８の両端を固定して、ばね棒１８のほぼ中央を第３隔板１７ｃで固定している。さらに、これらのばね棒１８は、鉄心支え板１３ａ，１３ｂを回転軸方向から貫通して、鉄心支え板１３ａ，１３ｂに固定されている。これによって、固定子鉄心５は、複数本のばね棒１８を介して外周板１５に連結される。ばね棒１８は、第１隔板１７ａと第３隔板１７ｃの中間で、鉄心支え板１３ａと接続されているので、鉄心支え板１３ｂの回転軸に直角方向の変位に対して、ばね棒１８は弾性的に変形して第１隔板１７ａ、第３隔板１７ｃと鉄心支え板１３ａの間の相対的な変形を吸収する機能有する。同様に、ばね棒１８は、第２隔板１７ｂ、第３隔板１７ｃと鉄心支え板１３ｂの間の相対的な変形を吸収する。これにより、積層鉄心９とステータフレーム７を弾性的に接続させるので、これらのばね棒１８は、固定子鉄心５で発生する振動がステータフレーム７に伝播することを抑制する機能も有している。
【００３３】
固定子鉄心５の外周面で回転軸方向の中央部の真上には、制振機構２１が配置されている。この制振機構２１は、錘２３および弾性部材２５を有している。錘２３は、半径方向に揺動可能に構成されている。弾性部材２５は半径方向に弾性変形可能に構成されており、この弾性部材２５によって、錘２３および固定子鉄心５は連結されている。図１および図２の例では、制振機構２１の詳細な構造の図示は省略し、錘２３と弾性部材２５を、質量およびばね要素を有する振動系として模式的に示している。
【００３４】
脚板１９の配置は、制振機構２１が配置された位置に対して、左回りおよび右回りに周方向にほぼ９０度移動した位置としている。
【００３５】
また、ばね棒１８は、図２に示すように、制振機構２１が配置された位置を基準に周方向に９０度間隔で４箇所に複数本ずつ配置されている。図２の例では、１箇所に４本ずつばね棒１８が配置されている。本実施形態において、１箇所に配置される４本のばね棒１８は、周方向に沿ってほぼ等間隔に配置されている。他の３箇所においても、同様に４本のばね棒１８が配置される。
【００３６】
回転子１が回転すると、固定子鉄心５には磁気吸引力が作用して固定子鉄心５は振動する。本実施形態では、この振動によって、周方向に９０度毎に発生する４つの節部を有する円環振動モードが形成される。図２に示す破線Ｃは、４つの節を有する円環振動モードの振幅の分布を示している。これらの４つの節部は、制振機構２１およびばね棒１８の設置位置の近傍に発生する。
【００３７】
制振機構２１は、固定子鉄心５で発生している振動の一部を抑制する機能を有している。以下に、本実施形態の回転電機の作用について説明する。
【００３８】
回転子１が回転すると、上記の通り、固定子鉄心５には磁気吸引力が作用して、この磁気吸引力が加振力となって固定子鉄心５に磁気振動を発生させる。この磁気振動は、半径方向に変位する振動であって、固定子鉄心５の周方向に沿って円環固有振動モードの振幅分布Ｃが形成される。
【００３９】
ここで、本実施形態における回転電機の振動系の作用について、１自由度振動モデルを例に、図３〜図５を用いて説明する。
【００４０】
図３は、図１の例の回転電機を１自由度（回転電機の半径方向）の振動系としてモデル化した図である。図３（ａ）は、回転電機全体の半径方向の振動系を示す全体系３１の振動モデルであって、図３（ｂ）は図３（ａ）における低次モードを示し、図３（ｃ）は図３（ａ）における高次モードを示している。
【００４１】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、第１質量３７は、固定子鉄心５の質量を示し半径方向に自由度を有している。第１ばね要素３９は、固定子鉄心５の半径方向の剛性を示している。第２質量４１は、制振機構２１の錘２３の質量を示し、第２ばね要素４３は制振機構２１の弾性部材２５の半径方向剛性を示している。ここで、矢印７０は、第１質量３７が変位する方向と量を示し、矢印７１は、第２質量４１が変位する方向と量を示している。ここで全体系３１の振動モデルとは、第１質量３７と第１ばね要素３９で構成される第１振動系３３と、第２質量４１と第２ばね要素４３で構成される第２振動系３５を合わせたものをいう。
【００４２】
第１質量３７の値をｍ１、第１ばね要素３９の弾性係数をｋ１とすると、この第１質量３７および第１ばね要素３９で構成される第１振動系３３の固有振動数は、式（４）で表される。
ｆ１＝１／（２π）・√（ｋ１／ｍ１）  …（４）
【００４３】
この第１質量３７に、質量ｍ２の第２質量４１と、弾性係数ｋ２の第２ばね要素４３とを有する第２振動系３５すなわち、制振機構２１を取り付ける。第２ばね要素４３において、第１質量３７の接点を固定した場合の第２振動系３５の固有振動数は、式（５）で表される。
ｆ２＝１／（２π）・√（ｋ２／ｍ２）  …（５）
【００４４】
このとき、第１振動系３３および第２振動系３５を有する全体系３１の固有振動数ｆは、式（６）を解いて求めることができる。
λ４−（１＋ν２＋ν２・Ｒ）・λ２＋ν２＝０  …（６）
【００４５】
ここで、ｆを全体系３１の固有振動数とすると、Ｒ、ν、およびλはそれぞれ下記の式（７）、（８）、（９）で表される。
Ｒ＝ｍ２／ｍ１（制振機構２１の錘２３と固定子鉄心５との質量比）  …（７）
ν＝ｆ２／ｆ１（制振機構２１と固定子鉄心５との固有振動数の比）  …（８）
λ＝ｆ／ｆ１（全体系３１と固定子鉄心５との固有振動数の比）  …（９）
【００４６】
図４は、Ｒ＝０．０５の場合において、第２振動系３５（制振機構２１）と第１振動系３３（固定子鉄心５）の固有振動数の比νに対する全体系３１の固有振動数比λの関係を示したグラフである。曲線Ｌは、低次モードを示し、曲線Ｈは、高次モードを示している。
【００４７】
制振機構２１を取り付けられた全体系３１の固有振動数ｆは、固定子鉄心５の固有振動数ｆ１が、低次の固有振動数ｆＬおよび高次の固有振動数ｆＨの２つに分離される。
【００４８】
νが増加するにしたがって低次モードＬの固有振動数比はλ = １に漸近し、高次モードＨの固有振動数比はλ ＝ ν に漸近する。このように、固定子鉄心５と制振機構２１の質量比Ｒおよび固有振動数比νを調節して、全体系３１の固有振動数ｆＬおよびｆＨを変化させることが可能である。
【００４９】
本実施形態では、質量比Ｒと固有振動数比νを調節することで、低次の固有振動数ｆＬは回転子１の磁気吸引力（加振力）による加振周波数ｆＭｇより低い値になるように設定し、高次の固有振動数ｆＨは加振周波数ｆＭｇよりも高い値になるよう設定する。
【００５０】
このとき、低次の固有振動数ｆＬに対応する固有振動モードは、図３（ｂ）に示すように、第１質量３７、すなわち固定子鉄心５の質量の半径方向変位に対して、第２質量４１、すなわち錘２３は互いに同じの方向に変位する同相モードになる。一方、高次の固有振動数ｆＨに対応する固有振動モードは、図３（ｃ）に示すように、第１質量３７すなわち固定子鉄心５の半径方向変位に対して第２質量４１すなわち錘２３が互いに逆の方向に変位する逆相モードになる。
【００５１】
このように、固有振動数およびこの固有振動数に対応する固有振動モードが予め把握されている場合には、実際に発生する振動は、これらの固有振動モードごとの応答を重ね合わす（足し合わす）ことによって求めることができる。
【００５２】
図５（ａ）は、低次モードおよび高次モードそれぞれの応答を、周波数の関数として表したグラフである。図中の曲線Ｌは低次モードを示し、曲線Ｈは高次モードを示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）の位相を示すグラフである。図５（ａ）と同様に、曲線Ｌは低次モードを示し、曲線Ｈは高次モードを示している。図５（ｃ）は、低次および高次モードの応答を重ね合わせた応答を、周波数の関数として表したグラフである。
【００５３】
図５（ａ）に示すように、低次モードLの振幅は、周波数の増加に伴って振幅が上昇しｆＬで最大となり、ｆＬより大きくなると振幅は減少して０に漸近する。同様に、高次モードHの振幅は、周波数の増加に伴って上昇しｆＨで最大となり、ｆＨより大きくなると振幅は減少して０に漸近する。２つの固有振動数ｆＬおよびｆＨの間では両モードの振幅は概ね等しくなっている。
【００５４】
図５（ｂ）に示すように、低次モードＬおよび高次モードＨの応答の位相は、ｆＬおよびｆＨの間では、ほぼ１８０度の差がある。すなわち、ｆＬおよびｆＨの間における低次モードＬおよび高次モードＨの応答は、互いに振幅がほぼ等しく且つ変位方向が逆に振動することを示している。
【００５５】
低次モードＬおよび高次モードＨの応答を重ね合わせて実際の振幅を求めると、図５（ｃ）に示すように、ｆＬおよびｆＨの間では、振幅は小さくなる。また、低次モードＬおよび高次モードＨの応答が等しくなる周波数帯では、実際の振幅はほぼ０に近づく。
【００５６】
回転子１による加振周波数が、この周波数帯とほぼ同じになるように制振機構２１の錘２３の質量および弾性部材２５の弾性係数を調整する。これにより、実際の振動の振幅を抑制することが可能になる。すなわち、制振機構２１を設置することによって、ｆＬとｆＨの間では、低次モードＬおよび高次モードＨの応答が相殺されて、固定子鉄心５の振幅を極小化することができる。
【００５７】
固定子鉄心５の固有円環振動モードについても、上記の１自由度振動モデルの例と同様に、固有振動数の分離およびモード応答の重ね合わせが成り立つ。以下に、２極タービン発電機に制振機構２１を取り付けた例の作用について図２並びに、図６および図７を用いて説明する。
【００５８】
図６は、固定子鉄心５に制振機構２１が取り付けられていないときの第１固有円環振動モードを示すモデル図で、曲線Ａは第１固有円環振動モードを示す。図７は、第２固有円環振動モードを示すモデル図で、曲線Ｂは第２固有円環振動モードを示す。
【００５９】
図６および図７に示すように、固定子鉄心５に制振機構２１が取り付けられていない場合には、固定子鉄心５は、２つの固有円環振動モード、すなわち、第１固有円環振動モードＡおよび第２固有円環振動モードＢのそれぞれのモード応答を重ね合わせた形態で振動する。第１固有円環振動モードＡは、図６の第１固有円環振動モードＡ上に示す４つの点ａ１、ａ２、ａ３、およびａ４に示すように、振幅が０になる４つの節部を有する。半径方向に振動する電磁振動における周方向の振幅分布は、周方向に沿って節部と腹部が交互に発生するように形成されて、略楕円形を形成している。第２固有円環振動モードＢは、第１固有振動モードの固有振動数とほぼ同じ固有振動数を有し、図７の第２固有円環振動モードＢ上に示す４つの点ｂ１、ｂ２、ｂ３、およびｂ４に示すように、振幅が０になる４つの節部を有し、第１固有円環振動モードＡとほぼ同じ形状でそれぞれの長軸が互いに４５度の角度をもって形成されている。
【００６０】
なお、第１および第２固有円環振動モードＡ、Ｂは、固定子鉄心５の構造が回転軸対称であれば、それぞれに対応する固有振動数は等しくなる。
【００６１】
第１固有円環振動モードＡの腹部に相当する位置は、第２固有円環振動モードＢの節部となる。また、第１固有円環振動モードＡの節部に相当する位置は、第２固有円環振動モードＢの腹部になる。
【００６２】
制振機構２１は、図２に示すように、固定子鉄心５の外周面上で、第１固有振動モードＡの腹部に相当する部位に取り付けられる。
【００６３】
制振機構２１を取り付けることによって、第１固有円環振動モードＡは、このモードに対応する固有振動数が２つに分離されて、図示は省略するが２つの固有振動モード、すなわち低次モードおよび高次モードが現れる。制振機構２１の錘２３の半径方向変位は、制振機構２１の取り付け位置における固定子鉄心５の半径方向変位に対して、低次モードでは同位相であって、高次モードでは逆位相となる。
【００６４】
上記の１自由度系振動モデルの例と同様に、低次モードにおける固有振動数ｆＬは回転子１の磁気吸引力（加振力）による加振周波数ｆＭｇより低い値になるように設定し、高次モードにおける固有振動数ｆＨは加振周波数ｆＭｇより高い値になるように設定する。このとき、錘２３の質量は、固定子鉄心５の質量の５％（Ｒ＝０．０５）程度とすることが望ましい。
【００６５】
これにより、低次および高次モードそれぞれのモード応答は、ｆＬおよびｆＨの間において振幅はほぼ等しく且つ逆位相になる。よって、ｆＭｇ付近の周波数帯における実際の振動を抑制することが可能になる。すなわち、制振機構２１を取り付けることによって、第１固有円環振動モードＡの腹部の振幅を小さくすることができる。
【００６６】
一方、第２固有円環振動モードは、このモードの節部に相当する部位に制振機構２１を取り付けられているために、制振機構２１を設置しても、このモードに対応する固有振動数は変化しない。
【００６７】
すなわち、第２固有円環振動モードＢは制振機構２１の影響を受けないため、加振力に対するモードの応答は保持されたままである。
【００６８】
制振機構２１によって腹部の振幅が小さくなった第１固有円環振動モードＡの応答と制振機構２１の影響を受けない第２固有円環振動モードＢの応答とを重ね合わせて得られる固定子鉄心５の円環振動モードの振幅分布Ｃ（絶対値）は、図２の曲線Ｃのように、周方向に沿って等間隔に振動の腹部および節部が交互に発生するような形状になる。この場合、重根であった４節円環固有振動モードによる応答のうち、第１固有円環振動モードＡの応答はほとんど現れないので、固定子鉄心５の振幅分布は、回転移動するものではなくなり定在する。
【００６９】
これにより曲線Ｃ、すなわち、固定子鉄心５の周方向の振幅分布Ｃの形状は、制振機構２１の取り付け位置に節部をもち、この節部を基準に周方向に９０度間隔で節部が形成される。さらに、この円環振動モードの振幅分布Ｃは、上記の４つの節部それぞれから周方向に沿って４５度移動した位置に腹部をもつ定在波となる。なお、上記９０度は、３６０度を円環振動モードの節部の数、すなわち４で除した値に一致する。
【００７０】
２極のタービン発電機では、回転子１の磁気吸引力の周方向の分布は、極数の２倍である４つの節部を有する円環振動モードとなる。この円環振動モードは、固定子鉄心５で発生する円環振動モードＣと同じ形状になる。
【００７１】
以上の説明から分かるように、制振機構２１を配置することによって、固定子鉄心５に発生する振動の振幅分布Ｃに節部を発生させることが可能となる。
【００７２】
固定子鉄心５の半径方向振動における周方向振幅分布が小さくなる４箇所の節部で、固定子鉄心５およびステータフレーム７は、ばね棒１８等を介して連結されている。このため、回転子１の磁気吸引力によって生じる固定子鉄心５の磁気振動が、ステータフレーム７に伝播することを抑制できる。
【００７３】
さらに、節部近傍に脚板１９が取り付けられているため、ステータフレーム７および脚板１９を介して回転電機が設置された基礎へ伝播することも抑制可能となる。
【００７４】
［第２の実施形態］
本発明に係る回転電機の第２の実施形態について、図８および図９を用いて説明する。図８は、本実施形態の回転電機の概略縦断面図で、図９は、図８のIX-IX矢視概略横断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００７５】
本実施形態では、第１の実施形態で用いたばね棒１８を介さずに、鉄心支え板１３ａ，１３ｂが外周板１５の内面に直接取り付けられている。このとき、鉄心支え板１３ａ，１３ｂの半径方向外周側の側面における外周板１５との接触部以外の側面、すなわち円環振動モードの節部に対向する位置以外の側面には、切欠き５１が形成されて、外周板１５と接触しないように構成されている。
【００７６】
本実施形態によれば、第１の実施形態に比べ回転子１の磁気吸引力が小さい回転電機であれば、第１の実施形態の効果に加えて、固定子をよりコンパクトにすることが可能になる。
【００７７】
［第３の実施形態］
本発明に係る回転電機の第３の実施形態について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、本実施形態の回転電機の概略縦断面図で、図１１は、図１０のXI-XI矢視概略横断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００７８】
本実施形態では、ステータフレーム７を支持する脚板１９を、固定子鉄心５の円環振動モードの腹部の外側に配置している。
【００７９】
制振機構２１は、第２固有円環振動モードの腹部の振幅を小さくするように、配置されている。これにより、制振機構２１は、第１の実施形態に示す回転軸真上に配置された制振機構２１に対して、周方向に沿って４５度移動した位置に取り付けられる。なお、第１の実施形態の固定子全体を周方向に沿って４５度回転した状態で、脚板１９に固定してもよい。
【００８０】
第１の実施形態では、固定子鉄心５の円環振動モードＣの節部でステータフレーム７と連結されているため、ステータフレーム７への振動伝播は抑制されているが、振動伝播を完全に抑制しきれない場合もある。このため、ステータフレーム７と固定子鉄心５との連結部と、ステータフレーム７が基礎に接する位置は、離れた位置にあることが望ましい。
【００８１】
本実施形態によれば、脚板１９は、固定子鉄心５とステータフレーム７との連結位置から最も離れた位置に配置されている。これにより、固定子鉄心５とステータフレーム７との連結位置から脚板１９へ伝播される振動が抑制されるため、脚板１９から回転電機が設置される基礎へ伝播される振動が抑制される。
【００８２】
［第４の実施形態］
本発明に係る回転電機の第４の実施形態について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態の回転電機の概略横断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００８３】
本実施形態では、２つの制振機構２１、すなわち第１制振機構２１ａおよび第２制振機構２１ｂを有している。第１制振機構２１ａは、第１固有円環モードの腹部に相当する位置で、図１２の例では回転軸の真上位置に配置されて、第２制振機構２１ｂは、第２固有円環振動モードの腹部に相当する位置に配置されている。第１および第２制振機構２１ａ、２１ｂは、固定子鉄心５における回転軸方向に垂直な一断面上に、周方向に沿って互いに４５度の角度をもって配置されている。ばね棒１８は、周方向に沿って互いに間隔をあけて等間隔に配列されている。
【００８４】
第１固有円環振動モードの固有振動数は、第１制振機構２１ａによって、第１の実施形態と同様に２つに分離されて、これらの固有振動数それぞれに対応する低次モードおよび高次モードが発生する。これにより加振周波数における振幅は小さくなる。同様に、第２制振機構２１ｂによって、第２固有円環振動モードの腹部の振幅も小さくなる。
【００８５】
これにより、固定子鉄心５の振動は、周方向全てで抑制される。
【００８６】
［第５の実施形態］
本発明に係る回転電機の第５の実施形態について、図１３〜図１５を用いて説明する。図１３は、本実施形態の回転電機の概略縦断面図である。図１４は、図１３のXIV-XIV矢視概略横断面図である。図１５は、図１３のXV-XV矢視概略横断面図である。なお、本実施形態は、第４の実施形態の変形例であって、第４の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００８７】
本実施形態では、これらの図１３〜１５に示すように、２つの制振機構２１、すなわち第１制振機構２１ａおよび第２制振機構２１ｂを有する。これらの第１および第２制振機構２１ａ、２１ｂは、固定子鉄心５における回転軸方向の両端付近の外周面にそれぞれ配置されて、第１制振機構２１ａは図１３における左側に配置され、第２制振機構２１ｂは、右側に配置されている。
【００８８】
図１３および図１４に示すように、これらの第１および第２制振機構２１ａ、２１ｂは、周方向に沿って互いに４５度の角度をもって取り付けられている。
【００８９】
図１３に示すように、第１制振機構２１ａの近傍に配置された４本のばね棒１８は、第１隔板１７ａおよび第３隔板１７ｃの間に配置されて、これらの第１および第３隔板１７ａ、１７ｃで固定されている。また、図１４に示すように、第１制振機構２１ａが配置された位置を基準に、周方向に沿って９０度ごとに４本ずつばね棒１８が配置されている。
【００９０】
また、図１５に示すように、第２制振機構２１ｂの近傍に配置された４本のばね棒１８は、第２隔板１７ｂおよび第３隔板１７ｃの間に配置されて、これらの第２および第３隔板１７ｂ、１７ｃで固定されている。また第２制振機構２１ｂが配置された位置を基準に、周方向に沿って９０度ごとに４本ずつばね棒１８が配置されている。
【００９１】
よって、図１３において、図１４に示す第３隔板１７ｃの左側のばね棒１８の配列と、図１５に示す右側のばね棒１８の配列は、周方向に４５度ずれている。
【００９２】
大容量のタービン発電機では、固定子鉄心５は長大化するので第１の実施形態のように、固定子鉄心５の回転軸方向中央部にのみ制振機構２１を取り付けると、錘２３を大きくする必要がある。
【００９３】
固定子鉄心５の振幅は回転軸方向では、ほぼ均一であるため、固定子鉄心５の回転軸方向端部付近に制振機構２１を取り付けても、第１の実施形態と同様の効果を得られる。
【００９４】
本実施形態によれば、２つの制振機構２１、すなわち第１制振機構２１ａおよび第２制振機構２１ｂを取り付けることによって、第１および第２制振機構２１ａ、２１ｂそれぞれに配置される錘２３の質量を小さくすることが可能となり、固定子をよりコンパクトにすることが可能になる。
【００９５】
また、第１制振機構２１ａおよび第２制振機構２１ｂを周方向に沿って互いに４５度の間隔をあけて配置することによって、第４の実施形態と同様の効果を得ることもできる。
【００９６】
［第６の実施形態］
本発明に係る回転電機の第６の実施形態について、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。本実施形態は、第１〜第５の実施形態において、制振機構２１の錘２３および弾性部材２５のより具体的な配置例を示したものであって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００９７】
本実施形態の固定子鉄心５の半径方向外側の側面には、回転軸方向に延びた両端支持梁５５が、隣接するリブ板１２の側面に両端が支持されて固定されている。この両端支持梁５５は、制振機構２１の弾性部材２５と同じ機能を有している。
【００９８】
この両端支持梁５５のほぼ中央に錘２３が配置されている。この錘２３は、例えば金属性の長方形状の平板が、半径方向に複数積層されて取り付けられており、この積層数を調整可能に構成されている。錘２３の質量の調整は、平板の積層数で行うことができる。
【００９９】
制振機構２１は、これらの両端支持梁５５および積層された平板状の錘２３等によって構成される。上記のように制振機構２１を構成することによって、固定子鉄心５の半径方向外側の側面において、取り付け位置の調整および質量調整等が容易になる。
【０１００】
［第７の実施形態］
本発明に係る回転電機の第７の実施形態について、図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。本実施形態は、第６の実施形態の変形例であって、第６の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１０１】
本実施形態の固定子鉄心５には、鉄心押え板１４およびこれに隣接するリブ板１２に、両端支持梁５５が固定されている。この両端支持梁５５は、鉄心押え板１４の半径方向側面およびこの鉄心押え板１４と隣接するリブ板１２の側面で両端が支持されている。この両端支持梁５５は制振機構２１の弾性部材２５と同じ機能を有している。
【０１０２】
この両端支持梁５５のほぼ中央には、第６の実施形態と同様に、錘２３が配置されている。この錘２３は、第６の実施形態と同様に、その質量を積層する平板の数で調整することができる。
【０１０３】
制振機構２１は、これらの両端支持梁５５および積層された平板状の錘２３等によって構成される。上記のように制振機構２１を構成することによって、固定子鉄心５の半径方向外側の側面において、取り付け位置の調整および質量調整等が容易になる。
【０１０４】
［第８の実施形態］
本発明に係る回転電機の第８の実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。なお、本実施形態は、第７の実施形態の変形例であって、第７の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１０５】
本実施形態では、鉄心押え板１４の固定子鉄心５を押えていない方の端面から、回転軸方向でばね棒１８と反対側に向かって延びた片持ち梁５３が取り付けられている。この片持ち梁５３は、制振機構２１の弾性部材２５と同じ機能を有している。
【０１０６】
この片持ち梁５３の先端部に、錘２３が配置されている。この錘２３は、第６の実施形態と同様に、その質量を積層する平板の数で調整することができる。
【０１０７】
制振機構２１は、これらの片持ち梁５３および積層された平板状の錘２３等によって構成される。この構成によれば制振機構２１は、固定子鉄心５の外周部近傍で且つ回転軸方向端部に取り付けられる。このため、外周板１５の内面を固定子鉄心５の外側面に近づけるように、外周板１５の外径を小さくすることができる。
【０１０８】
これにより、回転電機をよりコンパクトに構成することが可能になる。
【０１０９】
［第９の実施形態］
本発明に係る回転電機の第９の実施形態について、図１９を用いて説明する。図１９は、本実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。なお、本実施形態は、第６の実施形態の変形例であって、第６の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１１０】
本実施形態では、リブ板１２の一方の端面から、回転軸方向に延びる片持ち梁５３が取り付けられている。この片持ち梁５３は、制振機構２１の弾性部材２５と同じ機能を有している。
【０１１１】
この片持ち梁５３の先端部に、錘２３が配置されている。この錘２３は、第６の実施形態と同様に、その質量を積層する平板の数で調整することができる。
【０１１２】
制振機構２１は、これらの両端支持梁５５および積層された平板状の錘２３等によって構成される。上記のように制振機構２１を構成することによって、固定子鉄心５の半径方向外側の側面において、取り付け位置の調整および質量調整等が容易になる。
【０１１３】
［第１０の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１０の実施形態について、図２０および図２１を用いて説明する。図２０は、本実施形態の回転電機の部分概略縦断面図で、図２１は、図２０のXXI-XXI矢視概略横断面図である。なお、本実施形態は、第６の実施形態の変形例であって、第６の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。なお、この実施形態では、第２の実施形態のようにばね棒１８が配置されていない例を用いて説明する。
【０１１４】
本実施形態では、鉄心支え板１４とこれに隣接するリブ板１２の間に回転軸方向に延びた略直方体の座板５７が、固定子鉄心５の外周の側面に周方向に並んで２つ取り付けられている。
【０１１５】
周方向に沿って延びた両端支持梁５５が、２つの座板５７それぞれの半径方向外側の側面で両端が支持されて取り付けられている。この両端支持梁５５は、制振機構２１の弾性部材２５と同じ機能を有している。
【０１１６】
この両端支持梁５５のほぼ中央には、第６の実施形態と同様に、錘２３が配置されている。この錘２３は、第６の実施形態と同様に、その質量を積層する平板の数で調整することができる。上記座板５７は、隣接するリブ板の間に配置することも可能である。
【０１１７】
制振機構２１は、これらの、座板５７、両端支持梁５５および積層された平板状の錘２３等によって構成される。上記のように制振機構２１を構成することによって、固定子鉄心５の半径方向外側の側面において、取り付け位置の調整および質量調整が容易になる。
【０１１８】
［第１１の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１１の実施形態について、図２２および図２３を用いて説明する。図２２は、本実施形態の回転電機の回転子１の概略縦断面図で、図２３は、図２２のXXIII-XXIII矢視概略横断面図である。図２３の破線Ｃ１は、制振機構２１がない場合の固有円環振動モードを示す概略曲線で、破線Ｃ２は、制振機構２１を取り付けた場合の固有円環振動モードを示す概略曲線である。
【０１１９】
なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１２０】
本実施形態では、制振機構２１は、ステータフレーム７の外周板１５の半径方向外側の側面に、回転軸方向のほぼ中央部の真上には、制振機構２１が配置されている。
【０１２１】
仮に制振機構２１がない場合には、第１の実施形態で説明したように、固定子鉄心５は、第１固有円環振動モードおよび第２固有円環振動モードで振動する。この振動は、ばね棒１８等を介してステータフレーム７に伝播されて、ステータフレーム７は固定子鉄心５と同様に振動する。
【０１２２】
このとき、ステータフレーム７は、２つの固有円環振動モード、すなわち第１固有円環振動モードおよび第２固有円環振動モードで振動する。これらの第１および第２固有円環振動モードは、４つの節部を有する略楕円形状で、各楕円の長軸が互いに４５度の角度をなしている。
【０１２３】
また、これらの第１および第２固有円環振動モードそれぞれの固有振動数は、ステータフレーム７がほぼ回転軸対称の構造物であるので、ほぼ等しい。なお、ステータフレーム７には脚板１９などが取り付けられているために、完全な回転軸対称の構造物ではないが、これらの影響は小さくいため無視してよい。
【０１２４】
ステータフレーム７の設計において、回転子１の磁気吸引力による加振周波数（回転周波数の２倍）と共振しないように加振周波数から十分に高くなるように外周板１５の厚さ、隔板１７ａ、１７ｂ、１７ｃの数および厚さなどを設定しておくとよい。
【０１２５】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、固定子鉄心５およびステータフレーム７は、第１〜第３隔板１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、ばね棒１８、および鉄心支え板１３ａ，１３ｂなどにより構成される連結手段を介して、互いに連結されている。
【０１２６】
本実施形態の制振機構２１は、上記の固定子鉄心５の第１固有円環振動モードの腹部に相当する位置の外側で、且つばね棒１８等の連結手段の半径方向外側の位置に、設置されている。
【０１２７】
制振機構２１は、ばね棒１８等の連結手段を介してステータフレーム７に伝播する磁気振動を抑制させるように、第１の実施形態と同様に作用する。このため、ステータフレーム７に伝播される振動の振幅は小さくなる。
【０１２８】
なお、図２３の破線Ｃ１およびＣ２に示すように、ステータフレーム７へ伝播する振動は、制振機構２１によって抑制されるが、若干は伝播されている。伝播された振動の振動モード（破線Ｃ２）は、第１の実施形態と同様に、制振機構２１を取り付けた位置を基準として周方向に９０度ごとに４箇所に、節部が現れる。
【０１２９】
この節部に相当する位置に脚板１９を取り付けることにより、回転電機が設置される基礎へステータフレーム７の振動が伝播されることを抑制できる。
【０１３０】
制振機構２１の錘２３の質量は、振動を抑制する構造物の質量の５％程度であることが望ましい。第１の実施形態では、固定子鉄心５の質量の５％程度の質量が必要であったが、本実施形態の錘２３は、ステータフレーム７の質量の５％程度でよい。ステータフレーム７は、固定子鉄心５に比べて質量は小さいので、第１の実施形態に比べて、制振機構２１を小さくすることが可能になる。
【０１３１】
よって、回転電機をよりコンパクトにすることが可能となる。
【０１３２】
［第１２の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１２の実施形態について、図２４を用いて説明する。図２４は、本実施形態の回転電機の概略縦断面図である。なお、本実施形態は、第１１の実施形態の変形例であって、第１１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１３３】
本実施形態では、２つの制振機構２１、すなわち第１制振機構２１ａおよび第２制振機構２１ｂが、外周板１５の外側に回転軸方向に沿って互いに間隔をあけて配置されている。第１制振機構２１ａは、図２４における固定子鉄心５の左側端部の外側に配置されて、第２制振機構２１ｂは、右側端部の外側に配置されている。
【０１３４】
大容量のタービン発電機では、固定子鉄心５は長大化するので第１１の実施形態のように、固定子鉄心５の中央部にのみ制振機構２１を取り付けると、錘２３を大きくする必要がある。
【０１３５】
固定子鉄心５の振幅は回転軸方向では、ほぼ均一であるため、固定子鉄心５の回転軸方向端部付近に制振機構２１を取り付けても、第１１の実施形態と同様の効果を得られる。
【０１３６】
本実施形態によれば、２つの制振機構２１、すなわち第１制振機構２１ａおよび第２制振機構２１ｂを個取り付けることによって、第１および第２制振機構２１ａ、２１ｂそれぞれに配置された錘２３の質量を小さくすることが可能となり、固定子をよりコンパクトにすることが可能になる。
【０１３７】
［第１３の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１３の実施形態について、図２５および図２６を用いて説明する。図２５は、本実施形態の回転電機の概略縦断面図で、図２６は、図２５のXXVI-XXVI矢視概略横断面図である。なお、本実施形態は、第１１の実施形態の変形例であって、第１１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１３８】
本実施形態では、第１１の実施形態で用いたばね棒１８を介さずに、鉄心支え板１３ａ，１３ｂが外周板１５の内面に直接取り付けられている。このとき、鉄心支え板１３ａ，１３ｂの半径方向外周側の側面における外周板１５との接触部以外の側面、すなわち円環振動モードの節部に対向する位置以外の側面には、切欠き５１が形成されて、外周板１５と接触しないように構成されている。
【０１３９】
本実施形態によれば、第１１の実施形態に比べ回転子１の磁気吸引力が小さい回転電機であれば、第１１の実施形態の効果に加えて、固定子をよりコンパクトにすることが可能になる。
【０１４０】
［第１４の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１４の実施形態について、図２７および図２８を用いて説明する。図２７は、本実施形態の回転電機の概略縦断面図で、図２８は、図２７のXXVIII-XXVIII矢視概略横断面図である。なお、本実施形態は、第１１の実施形態の変形例であって、第１１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１４１】
本実施形態では、図２７および図２８に示すように、２つの制振機構２１、すなわち第１制振機構２１ａおよび第２制振機構２１ｂを有している。第１制振機構２１ａは、固定子鉄心５の第１固有円環モードの腹部に相当する位置の外側に配置されて、第２制振機構２１ｂは、固定子鉄心５の第２固有円環振動モードの腹部に相当する位置の外側に配置されている。第１および第２制振機構２１ａ、２１ｂは、固定子鉄心５における回転軸方向に垂直な一断面上に、周方向に沿って互いに４５度の角度をもって配置されている。ばね棒１８は、周方向に沿って互いに間隔をあけて等間隔に配列されている。
【０１４２】
第１固有円環振動モードの固有振動数は、第１制振機構２１ａによって、第１１の実施形態と同様に２つに分離されて、これらの固有振動数それぞれに対応する低次モードおよび高次モードが発生する。これにより加振周波数における振幅は小さくなる。同様に、第２制振機構２１ｂによって、第２固有円環振動モードの腹部の振幅も小さくなる。
【０１４３】
これにより、固定子鉄心５の振動は、周方向全てで抑制される。
【０１４４】
［第１５の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１５の実施形態について、図２９を用いて説明する。図２９は、本実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。本実施形態は、第１１〜第１４の実施形態において、制振機構２１の錘２３および弾性部材２５のより具体的な配置例を示したものであり、第１１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１４５】
本実施形態では、第２隔板１７ｂにおいてばね棒１８と接していない方の端面から、回転軸方向でばね棒１８と反対側に向かって延びた片持ち梁５３が配置されている。この片持ち梁５３は、制振機構２１の弾性部材２５と同じ機能を有している。
【０１４６】
この片持ち梁５３の例えば先端部には、錘２３が配置されている。この錘２３は、例えば金属性の長方形状の平板が、半径方向に複数積層されて取り付けられており、この積層数を調整可能に構成されている。質量を調整は、平板の積層数で行うことができる。
【０１４７】
制振機構２１は、これらの片持ち梁５３および積層された平板状の錘２３等によって構成される。この構成によれば制振機構２１は、固定子鉄心５の回転軸方向端部よりも回転軸方向外側に取り付けられる。このため、外周板１５の内面を固定子鉄心５の外側面に近づけるように、外周板１５の外径を小さくすることができる。
【０１４８】
これにより、回転電機をよりコンパクトに構成することが可能になる。
【０１４９】
［第１６の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１６の実施形態について、図３０を用いて説明する。図３０は、本実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。本実施形態は、第１５の実施形態の変形例であって、第１５の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１５０】
本実施形態では、外周板１５の外側面に周方向に沿って延びた略直方体の座板５７が、回転軸方向に並んで２つ取り付けられている。
【０１５１】
回転軸方向に延びた両端支持梁５５が、これら２つの座板５７それぞれにおける半径方向外側の側面で両端が支持されて取り付けられている。この両端支持梁５５は、制振機構２１の弾性部材２５と同じ機能を有している。
【０１５２】
この両端支持梁５５のほぼ中央には、第１５の実施形態と同様に、錘２３が配置されている。この錘２３は、第６の実施形態と同様に、その質量を積層する平板の数で調整することができる。
【０１５３】
制振機構２１は、これらの、座板５７、両端支持梁５５および積層された平板状の錘２３等によって構成される。上記のように制振機構２１を構成することによって、外周板１５の外側の側面において、取り付け位置の調整および質量調整等が容易になる。
【０１５４】
［第１７の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１７の実施形態について、図３１および図３２を用いて説明する。図３１は、本実施形態の回転電機の概略縦断面図で、図３２は、図３１のXXXII-XXXII矢視概略横断面図である。なお、本実施形態は、第１５の実施形態の変形例であって、第１５の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【０１５５】
本実施形態では、外周板１５の外側面に周方向に並んで２つ配置された略立方体の座５９が設置されて、これらの座５９に梁６３が架け渡されて固定されて構成された固定部材６１を有する。この固定部材６１は、回転軸方向に２つ並んで互いに間隔をあけて設置されている。さらに、それぞれ固定部材６１の梁６３上には、回転軸方向に延びた両端支持梁５５が取り付けられている。この両端支持梁５５の両端は、固定部材６１にそれぞれ固定されている。この両端支持梁５５は、制振機構２１の弾性部材２５と同じ機能を有している。
【０１５６】
この両端支持梁５５のほぼ中央に、第６の実施形態と同様に、錘２３が配置されている。この錘２３は、第６の実施形態と同様に、その質量を積層する平板の数で調整することができる。
【０１５７】
制振機構２１は、これらの、固定部材６１、両端支持梁５５および積層された平板状の錘２３等によって構成される。上記のように制振機構２１を構成することによって、外周板１５の外側の側面において、取り付け位置の調整および質量調整等が容易になる。
【０１５８】
［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【０１５９】
例えば、上記の実施形態では、制振機構２１を１つまたは２つ取り付けられた例を説明したが、これに限らない。回転軸方向に３つ以上配置して、それぞれの制振機構２１の錘２３の質量を小さくしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図２】図１のII-II矢視概略横断面図である。
【図３】（ａ）は図１の制振機構および積層鉄心の振動モデル、（ｂ）は（ａ）の低次モードを示すモデル図、（ｃ）は（ａ）の高次モードを示すモデル図である。
【図４】Ｒ＝０．０５の場合において、第２振動系と第１振動系の固有振動数の比νに対する全体系の固有振動数比λの関係を示したグラフである。
【図５】（ａ）は、低次モードおよび高次モードそれぞれの応答を周波数の関数として表したグラフ、（ｂ）は（ａ）の位相を示すグラフ、（ｃ）は低次および高次モードの応答を重ね合わせた応答を周波数の関数として表したグラフである。
【図６】図１の実施形態の固定子鉄心の第１固有円環振動モードを示すモデル図である。
【図７】図１の実施形態の固定子鉄心の第２固有円環振動モードを示すモデル図である。
【図８】本発明に係る第２の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図９】図８のIX-IX矢視概略横断面図である。
【図１０】本発明に係る第３の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図１１】図１０のXI-XI矢視概略横断面図である。
【図１２】本発明に係る第４の実施形態の回転電機の概略横断面図である。
【図１３】本発明に係る第５の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図１４】図１３のXIV-XIV矢視概略横断面図である。
【図１５】図１３のXV-XV矢視概略横断面図である。
【図１６】本発明に係る第６の実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。
【図１７】本発明に係る第７の実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。
【図１８】本発明に係る第８の実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。
【図１９】本発明に係る第９の実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。
【図２０】本発明に係る第１０の実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。
【図２１】図２０のXXI-XXI矢視概略横断面図である。
【図２２】本発明に係る第１１の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図２３】図２２のXXIII-XXIII矢視概略横断面図である。
【図２４】本発明に係る第１２の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図２５】本発明に係る第１３の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図２６】図２５のXXVI-XXVI矢視概略横断面図である。
【図２７】本発明に係る第１４の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図２８】図２７のXXVIII-XXVIII矢視概略横断面図である。
【図２９】本発明に係る第１５の実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。
【図３０】本発明に係る第１６の実施形態の回転電機の部分概略縦断面図である。
【図３１】本発明に係る第１７の実施形態の回転電機の概略縦断面図である。
【図３２】図３１のXXXII-XXXII矢視概略横断面図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１…回転子、５…固定子鉄心、７…ステータフレーム、９…積層鉄心、９ａ…中空部、１０…コイル、１１…リブ棒、１２…リブ板、１３ａ，１３ｂ…鉄心支え板、１４…鉄心押え板、１５…外周板、１７ａ…第１隔板、１７ｂ…第２隔板、１７ｃ…第３隔板、１８…ばね棒、１９…脚板、２１…制振機構、２１ａ…第１制振機構、２１ｂ…第２制振機構、２３…錘、２５…弾性部材、３１…全体系、３３…第１振動系、３５…第２振動系、３７…第１質量、３９…第１ばね要素、４１…第２質量、４３…第２ばね要素、５１…切欠き、５３…片持ち梁、５５…両端支持梁、５７…座板、５９…座、６１…固定部材、６３…梁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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